JP2005112592A - 振動絶縁型電磁共振装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トラフ、フレーム、カウンタウエイトを備えた共振型振動装置において、振動を基礎に伝えないようにした振動絶縁型電磁共振装置を提供する。
【解決手段】 フレーム２と、その上部の振動トラフ１（質量ｍ_１）を共振バネ（バネ定数ｋ_１）４で弾接し、フレーム２とその下部のカウンタウエイト３（質量ｍ_２）を共振バネ５（バネ定数ｋ_２）で弾接し、マグネット６をその間に取り付けて振動を発生させ、固有振動制御により所望の振幅をトラフに与え、バネ定数（ｋ_１）を介してトラフよりフレームに与える力がバネ定数（ｋ_２）を介してカウンタウエイトよりフレームに与える力が等しくなるように設定してフレームに力が作用せず、フレームが無振動となって基礎に力を伝わらないようにする振動絶縁型電磁共振装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、振動により材料を振動造型する振動造型機、振動で輸送する振動コンベア、あるいは振動により物を選別する振動スクリーンなどの電磁共振振動装置に関する。

一般に、トラフはフレームから共振バネで弾接され、この間に加振マグネットを取り付け、フレームと基礎間は防振バネで支えられている（特許文献１参照）。
特開平１１−１３９５３３号公報

しかし、一般にトラフはフレームから共振バネで弾接され、この間に加振マグネットを取り付け、フレームと基礎面は防振バネで支えられて設置されているが、フレームの振動はかなり大きく、フレームと基礎間を振動絶縁するために多額の費用を要する欠点があった。

そこで本発明は、トラフ、フレーム、カウンタウエイトを備えた共振型振動装置において、振動を基礎に伝えないようにした振動絶縁型電磁共振装置を提供するものである。

本発明の振動絶縁型電磁共振装置は、フレームと、その上部の振動トラフ（質量ｍ_１）を共振バネ（バネ定数ｋ_１）で弾接し、フレームとその下部のカウンタウエイト（質量ｍ_２）を共振バネ（バネ定数ｋ_２）で弾接し、マグネットをその間に取り付け、トラフ、フレーム、カウンタウエイトの重心は同一線上にあり、かつ共振バネの合力も前記重心と同一線上にあるように設定し、マグネットを励磁して振動を発生させ、固有振動制御により所望の振幅をトラフに与え、バネ定数（ｋ_１）を介してトラフよりフレームに与える力がバネ定数（ｋ_２）を介してカウンタウエイトよりフレームに与える力が等しくなるように設定してフレームに力が作用せず、フレームが無振動となって基礎に力を伝わらないようにするものである。

本発明の振動装置によれば、フレームの振動をほぼ絶縁できて、基礎工事を大きく低減させることができる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

図６は振動スクリーンの正面図、図７は断面図である。トラフ１とフレーム２を共振バネ４で弾接し、フレーム２とカウンタウエイト３を共振バネ５で弾接し、フレーム２とトラフ１との間に加振用マグネット６を取り付け、フレーム２は防振バネ８で基礎９に取り付けられる。板バネ７はトラフ重量の分力を支えるもので振動方向に直角に取り付けられる。

トラフ１、フレーム２、カウンタウエイト３の重心は同一線上にあり、共振バネ４，５の振動方向の合力は上記重心線と一致するように設定する。また、マグネット６の吸引力方向は振動方向と同じである。

図１は本発明の一実施例を示し、フレームとトラフ間に加振マグネットを取り付けた振動絶縁型電磁共振装置の動作原理図である。これは請求項１に相当するものである。

図１において、ｍ_１はトラフ１の質量、ｍ_０はフレーム２の質量、ｍ_２はカウンタウエイト３の質量、ｋ_１はトラフ１とフレーム２間の共振バネ４のバネ定数、ｋ_２はフレーム２とカウンタウエイト３間の共振バネ５のバネ定数、ｋ_０は防振バネ８のバネ定数である。

図２はマグネット（ｍａ）の電流により吸引力Ｆｍが発生し、Ｆなる振動力が発生し、トラフにχ_１なる振動振幅を発生する関係を示したものである。

以下の演算は、図１の原理図において、振動方程式を解くことにより、フレームの振動がほぼ無振動となり、基礎がほぼ振動から絶縁されていることを演算するものである。

上向も矢印を（＋）として計算すると下記の振動方程式が成立する。

防振バネｋ_０の影響はほとんどないので無視する。
ｄ／ｄｔ＝Ｓとして整理すると、
（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ＋ｋ_１）χ_１−ｋ_ｊχ_０ ＋ ０×χ_２＝Ｆ
−ｋ_１χ_１ ＋（ｍ_０Ｓ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）χ_０−ｋ_２χ_２＝−Ｆ
０×χ_１ −ｋ_２χ_２ ＋（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）χ_２＝０
χ_１＝Ｄ_１／Ｄ，χ_０＝Ｄ_２／Ｄ，χ_２＝Ｄ_３／Ｄ
Ｄ＝（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ＋ｋ_１）｛（ｍ_０Ｓ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）−ｋ_２ ^２｝−ｋ_１ ^２（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）
Ｄ_１＝｛（ｍ_０Ｓ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）−ｋ_２ ^２−ｋ_１（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）｝Ｆ
Ｄ_２＝−（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ）（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）Ｆ
Ｄ_３＝ｋ_１ｋ_２｛１−（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ＋ｋ_１）／ｋ_１｝Ｆ
Ｄを解いて
Ｄ＝（ｍ_１Ｓ^２＋ｋ_１）｛ｍ_０ｍ_２Ｓ^４＋（ｍ_０ｋ_２＋ｍ_２ｋ_１＋ｍ_２ｋ_２）Ｓ^２＋ｋ_１ｋ_２｝−ｋ_１ ^２（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）＋ＣＳ｛（ｍ_０Ｓ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）−ｋ_２ ^２｝
＝Ｐ＋Ｒｊωｃ （ＣＳ＝ｊωｃ）
Ｐ＝ｍ_０ｍ_１ｍ_２Ｓ^６−（ｍ_０ｍ_１ｋ_２＋ｍ_１ｍ_２ｋ_１＋ｍ_１ｍ_２ｋ_２＋ｍ_０ｍ_２ｋ_１）Ｓ^４＋（ｍ_１ｋ_１ｋ_２＋ｍ_０ｋ_１ｋ_２＋ｍ_２ｋ_１ ^２＋ｍ_２ｋ_１ｋ_２−ｍ_２ｋ_１ ^２）Ｓ^２
共振時は Ｐ＝０，Ｓ^２≠０として共振周波数を求めると、
Ｓ^２＝−１／２｛（ｋ_１＋ｋ_２）／ｍ_０＋ｋ_１／ｍ_１＋ｋ_２／ｍ_２）｝
±１／２〔｛（１／ｍ_０＋１／ｍ_１）ｋ_１−（１／ｍ_０＋１／ｍ_２）ｋ_２｝^２
＋（２／ｍ_０）^２ｋ_１ｋ_２ 〕^１／２
今、ｋ_１／ｍ_１＝ｋ_２／ｍ_２とすれば
Ｓ^２＝−（１／２）×｛（ｋ_１＋ｋ_２）／ｍ_０｝−ｋ_１／ｍ_１±（１／２）×｛（ｋ_１＋ｋ_２）／ｍ_０｝
−（ｋ_１／ｍ_１）−（ｋ_１＋ｋ_２）／ｍ_０ は高次周波につき不採用
Ｓ^２＝−ｋ_１／ｍ_１＝−ｋ_２／ｍ_２，ｍ_１Ｓ^２＋ｋ_１＝０，ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２＝０
これをそれぞれＤ，Ｄ_１，Ｄ_２，Ｄ_３に代入すれば
Ｄ＝Ｒｊωｃ＝｛（ｍ_０Ｓ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）−ｋ_２ ^２｝ｊωｃ
＝−ｋ_２ ^２ｊωｃ
Ｄ_１＝−ｋ_２ ^２Ｆ
Ｄ_２＝０
Ｄ_３＝ｋ１ｋ_２（１−ＣＳ／ｋ_１）Ｆ＝ｋ_１ｋ_２（１−ｊωｃ／ｋ_１）Ｆ
（ωｃ／ｋ_１＝０．０８ 水分３％砂の場合のテスト結果）
＝ｋ_１ｋ_２｛１＋（０．０８）^２｝^１／２×Ｆ＝１．００３ｋ_１ｋ_２Ｆ≒ｋ_１ｋ_２Ｆ
χ_１＝Ｄ_１／Ｄ＝−ｋ_２ ^２Ｆ／−ｋ_２ ^２ｊωｃ＝Ｆ／ｊωｃ
χ_０＝Ｄ_２／Ｄ＝０／−ｋ_２ ^２ｊωｃ＝０
χ_２＝Ｄ_３／Ｄ＝ｋ_１ｋ_２Ｆ／−ｋ_２ ^２ｊωｃ ＝ （ｋ_１／ｋ_２ ）Ｆ／ｊωｃ
フレーム２の振動は無振動である。
χ_２／χ_１＝ｋ_１／ｋ_２＝ｍ_１／ｍ_２
これは例えば ｋ_２＝ｋ_１／２としてｍ_２＝ｍ_１／２，χ_２＝２χ_１
となるカウンタウエイトを小さくして重量を軽くすることが出来る。ｋ_２＝ｋ_１／２としてもバネの質量にはほとんど差がないのも好都合である。

図３は本発明の別実施例を示し、フレームとカウンタウエイトの間に加振マグネットを取り付けた振動絶縁型電磁共振装置の動作原理図で、請求項２に相当するものである。本実施例は、マグネット６がフレーム２とカウンタウエイト３との間に取り付けられたもので、次の振動方程式が成り立つ。

（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ＋ｋ_１）χ_１−ｋ_１χ_０ ＋０×χ_２＝０
−ｋ_１χ_１ ＋（ｍ_０Ｓ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）χ_０−ｋ_２χ_２＝Ｆ
０×χ_１−ｋ_２χ_０＋（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）χ_２＝−Ｆ
Ｄ＝（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ＋ｋ_１）｛（ｍ_０ ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）−ｋ_２ ^２｝
−ｋ_１ ^２（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）
Ｄ_１＝｛ｋ_１（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）−ｋ_１ｋ_２｝Ｆ
Ｄ_２＝（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ＋ｋ_１）｛（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）−ｋ_２｝Ｆ
Ｄ_３＝｛−（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ＋ｋ_１）（ｍ_０Ｓ^２＋ｋ_１）＋ｋ_１ ^２｝Ｆ
Ｄの値は実施例１の場合と同じであるから
Ｓ^２＝−ｋ_１／ｍ_１＝−ｋ_２／ｍ_２ ｍ_１Ｓ^２＋ｋ_１＝０ ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２＝０
Ｄ ＝−ｋ_２ ^２ｊωｃ
Ｄ_１＝−ｋ_１ｋ_２Ｆ
Ｄ_２＝−ＣＳｋ_２Ｆ＝−ｊωｃｋ_２Ｆ＝（−ｊωｃ／ｋ_１）×ｋ_１ｋ_２Ｆ
＝−ｊ０．０８ｋ_１ｋ_２Ｆ
Ｄ_３＝[−ＣＳ｛（−ｍ_０／ｍ_１）ｋ_１＋ｋ_１｝＋ｋ_１ ^２]Ｆ
＝｛−ｊωｃ／ｋ（１−ｍ_０／ｍ_１）ｋ_１ ^２＋ｋ_１ ^２｝Ｆ＝｛−ｊ×０．０８（１−０．５）＋１｝ｋ_１ ^２Ｆ
＝｛（０．０４）^２＋１｝^１／２×ｋ_１ ^２Ｆ≒ｋ_１ ^２Ｆ
（ωｃ／ｋ＝０．０８は前回同様）
（一般にｍ_０／ｍ_１は０．５前後の値をとる）
χ_１＝Ｄ_１／Ｄ＝−ｋ_１ｋ_２Ｆ／−ｋ_２ ^２ｊωｃ＝（ｋ_１／ｋ_２）×Ｆ／ｊωｃ
χ_０＝Ｄ_２／Ｄ＝（−ｊ×０．０８×ｋ_１ｋ_２Ｆ）／−ｋ_２ ^２ｊωｃ
＝０．０８×（ｋ_１／ｋ_２ ）×（Ｆ／ｊωｃ）
χ_２＝Ｄ_３／Ｄ＝ｋ_１ ^２Ｆ／−ｋ_２ ^２ｊωｃ＝−（ｋ_１ ^２／ｋ_２ ^２）×（Ｆ／ｊωｃ)
χ_０／χ_１＝０．０８
χ_０／χ_１＝０．０８は水分３％見かけ比重１．５の砂のデータで今一番よく使用されている比重の小さい一般ごみ、廃プラ等はかさ比重が０．０５程度でωｃ／ｋは輸送質量に比例するので 厚を４倍取るとして輸送質量比は０．０５×４／１．５＝０．１３でωｃ／ｋ＝０．０８×０．１３＝０．０１でχ_０／χ_１＝０．０１となり無振動と考えられる。

図４は本発明のさらに別実施例を示し、フレームとトラフ間及びレームとカウンタウエイトの間に加振マグネットを取り付けた振動絶縁型電磁共振装置の動作原理図で、請求項３に相当するものである。本実施例では２組のマグネット６がフレーム２の上下に取り付けられ、電流は同時に流れＦの方向は大きく等しく方向は反対である次の振動方程式が成立する。

ｄ／ｄｔ＝Ｓとして整理して
（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ＋ｋ_１）χ_１−ｋ_１χ_０＋０×χ_２＝Ｆ
−ｋ_１χ_１＋（ｍ_０Ｓ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）χ_０−ｋ_２χ_２＝０
０×χ_１−ｋ_２χ_０＋（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）χ_２＝−Ｆ
これを解いて
Ｄ＝（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ＋ｋ_１）｛（ｍ_０Ｓ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）−ｋ_２ ^２｝−ｋ_１ ^２（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）
Ｄ_１＝｛（ｍ_０Ｓ^２＋ｋ_１＋ｋ_２）（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）−ｋ_２ ^２−ｋ_１ｋ_２｝Ｆ
Ｄ_２＝｛−（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ＋ｋ_１）ｋ_２＋（ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２）ｋ_１｝Ｆ
Ｄ_３＝｛−（ｍ_１Ｓ^２＋ＣＳ＋ｋ_１）（ｍ_０Ｓ_２＋ｋ_１＋ｋ_２）＋ｋ_１ ^２＋ｋ_１ｋ_２｝Ｆ
Ｄの値は実施例１の場合と同じであるから
今、ｋ_１／ｍ_１＝ｋ_２／ｍ_２の場合
Ｓ^２＝−ｋ_１／ｍ_１＝−ｋ_２／ｍ_２ ｍ_１Ｓ^２＋ｋ_１＝０ ｍ_２Ｓ^２＋ｋ_２＝０
Ｄ＝−ｋ_２ ^２ｊωｃ
Ｄ_１＝−（ｋ_２ ^２＋ｋ_１ｋ_２）Ｆ
Ｄ_２＝−ＣＳｋ_２・Ｆ＝(−ｊωｃ／ｋ_１）×ｋ_１ｋ_２Ｆ＝ｊ×０．０８×ｋ_１ｋ_２Ｆ
Ｄ_３＝｛−ｊωｃ／ｋ_１（−（ｍ_０／ｍ_１）ｋ_１＋ｋ_１＋ｋ_２）＋（ｋ_１ ^２＋ｋ_１ｋ_２）｝Ｆ
この場合上下のＦは同じ値で、そのためには｜χ_１｜＝｜χ_２｜が必要でｍ_１＝ｍ_２，ｋ_１＝ｋ_２のとき成立する。
χ_１＝Ｄ_１／Ｄ＝｛−（ｋ_２ ^２＋ｋ_１ｋ_２）／−ｋ_２ ^２ｊωｃ｝×Ｆ＝２×Ｆ／ｊωｃ
χ_０＝Ｄ_２／Ｄ＝（−ｊ×０．０８×ｋ_１ｋ_２／−ｋ_２ ^２ｊωｃ）Ｆ
＝ｊ０．０８Ｆ／ｊωｃ
Ｄ_３＝｛（−ｊωｃ／ｋ_１）×１．５ｋ_１ ^２＋２ｋ_１ ^２｝×Ｆ＝｛−ｊ０．０８×０．７５＋１｝×２ｋ_１ ^２Ｆ＝｛（０．０６）^２＋１｝^１／２×２ｋ_１ ^２Ｆ≒２ｋ_１ ^２Ｆ
（ｍ_０／ｍ_１＝０．５とする）
χ_２≒Ｄ_３／Ｄ＝２ｋ_１ ^２Ｆ／−ｋ_１ ^２ｊωｃ＝−２Ｆ／ｊωｃ
χ_０／χ_１＝ｊ０．０８×１／２＝ｊ０．０４
これも前回と同様に考え無振動と考えられる。

一般の２質量コンベアは図５に示されるが、トラフ１とフレーム２の質量比は１／２又は１／４でχ_０／χ_１＝０．５〜０．２５であり、これに比較して本発明のものは格段と振動絶縁されていることを示す。

また、本発明のものは起動より直ちに固有振動数となるため、途中の干渉バネによる固有周波数に影響されることがないのは大きな特徴である。

図８は上記振動を安定させるための制御の一例を示すブロック図である。正弦波発振器が内蔵され、マグネットに電流が投入されて共振振動にはいるとき、正弦波発振器が直ちに作動して機械の共振振動と同じ周波数になって、安定した振動を続けるようになっている。

本発明は、フレームの振動をほぼ絶縁できて、基礎工事を大きく低減させることができる振動装置として利用できる。

本発明の一実施例を示し、フレームとトラフ間に加振マグネットを取り付けた振動絶縁型電磁共振装置の動作原理図である。 本発明の時間に対する電流、吸引力、振動力、振動振幅の関係を示す図である。 本発明の別実施例を示し、フレームとカウンタウエイトの間に加振マグネットを取り付けた振動絶縁型電磁共振装置の動作原理図である。 本発明のさらに別実施例を示し、フレームとトラフ間及びレームとカウンタウエイトの間に加振マグネットを取り付けた振動絶縁型電磁共振装置の動作原理図である。 一般の２質量の電磁共振機械の動作原理図である。 本発明の振動絶縁型電磁共振スクリーンの正面図である。 上記図面のＡ方向矢視図である。 本発明の制御原理図である。

符号の説明

１．振動スクリーンのトラフ
２．フレーム
３．カウンタウエイト
４．共振バネ
５．共振バネ
６．マグネット
７．板バネ
８．緩衝バネ
９．基礎フレーム

Claims (3)

1. 電磁共振装置において、フレームと、その上部の振動トラフ（質量ｍ_１）を共振バネ（バネ定数ｋ_１）で弾接し、フレームとトラフ間に加振マグネットを取り付け、フレームとその下部のカウンタウエイト（質量ｍ_２）を共振バネ（バネ定数ｋ_２）で弾接し、フレームは防振バネで基礎に支持され、トラフ、フレームおよびカウンタウエイトの重心は同一線上にあり、かつ共振バネの合力も前記重心と同一線上にあるように設定し、トラフおよびカウンタウエイトの質量とバネ定数がｋ_１／ｍ_１＝ｋ_２／ｍ_２となるように設定されて、固有振動制御によりトラフに所望の振幅を発生させてフレームの振動がほぼ無振動となって基礎がほぼ振動から絶縁されてなることを特徴とする振動絶縁型電磁共振装置。
2. 電磁共振装置において、フレームと、その上部の振動トラフ（質量ｍ_１）を共振バネ（バネ定数ｋ_１）で弾接し、フレームとその下部のカウンタウエイト（質量ｍ_２）を共振バネ（バネ定数ｋ_２）で弾接し、フレームとカウンタウエイトの間に加振マグネットを取り付け、フレームは防振バネで基礎に支持され、トラフ、フレームおよびカウンタウエイトの重心は同一線上にあり、かつ共振バネの合力も前記重心と同一線上にあるように設定し、トラフおよびカウンタウエイトの質量とバネ定数がｋ_１／ｍ_１＝ｋ_２／ｍ_２となるように設定され、固有振動制御によりトラフに所望の振幅を発生させてフレームの振動がほぼ無振動となって基礎がほぼ振動から絶縁されてなることを特徴とする振動絶縁型電磁共振装置。
3. 電磁共振装置において、フレームと、その上部の振動トラフ（質量ｍ_１）を共振バネ（バネ定数ｋ_１）で弾接し、フレームとその下部のカウンタウエイト（質量ｍ_２）を共振バネ（バネ定数ｋ_２）で弾接し、フレームとトラフ間並びにフレームとカウンタウエイトの間に同じ性能を持つ加振マグネットを取り付け、フレームは防振バネで防振基礎に支持され、トラフ、フレームおよびカウンタウエイトの重心は同一線上にあり、かつ共振バネの合力も前記重心と同一線上にあるように設定し、トラフおよびカウンタウエイトの質量とバネ定数がｋ_１＝ｋ_２，ｍ_１＝ｍ_２となるように設定され、固有振動制御によりトラフに希望する振幅を発生させてフレームの振動がほぼ無振動となって基礎がほぼ振動から絶縁されてなることを特徴とする振動絶縁型電磁共振装置。

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